logicke obvody.pdf - Ostravská univerzita v Ostravě

Počítačové systémy - logické obvody a systémyjednotka CPU, tvořená řadičem instrukcí, ALU, registry pro zápis dat, instrukcía stavu, a paměťovým rozhraním. Vnitřní adresová sběrnice je 8vodičová,multiplexovaná a slouží též jako (obousměrná) datová sběrnice. Řídicí sběrnicenení v obrázcích zakreslena. Paměť programu (ROM) může mít kapacitu 64 kBprávě tak jako paměť dat (RAM). To je kapacita, kterou je tento jednočipovýmikropočítač schopen adresovat ať se jedná o paměť na čipu nebo externípaměť. Na čipu je však umístěno jen max. 256 bytů paměti dat a max. 32 kBpaměti programu. Tento vzájemný poměr kapacity paměti programu a operačnípaměti je charakteristický pro řídicí softwarové aplikace, neboť ty neobsahujíprogramové operace náročné na operační paměť. Mikrořadič má čtyři 8bitovéobousměrné paralelní porty pro vstup/výstup číslicových logických signálů ajeden sériový port pro asynchronní a synchronní sériovou komunikaci a prokomunikaci v multiprocesorových systémech. Je schopen zpracovat logickýsignál přerušení z celkem 6 zdrojů. Může mít až tři programovatelné 16bitovéčítače/časovače, použitelné buď odděleně pro komunikaci s vnějšímprostředím, nebo lze jeden z nich využít pro generaci přenosové rychlostisériového kanálu. Pracovní kmitočet hodinového signálu se může pohybovat vrozmezí od 0 do 16 MHz. Paměť programu může být v provedení ROM,PROM nebo EPROM. (V literatuře popisující mikrořadiče se vyskytuje častonázev OTPROM, což je zkratka pro One-Time-Programmable ROM; tentonázev je ekvivalentní označení PROM.) Mikrořadič má dva režimy sníženéspotřeby, “idle”, kdy se spotřeba z původních 70 mA na napájecím napětí 5 Vsníží na cca 30 mA, a “power-down”, kdy je jeho spotřeba pouze cca 50 µA.Rychlejší 16bitový jednočipového mikropočítač má shodné součásti a proto jenebudeme opakovat. Adresová sběrnice je oddělena od datové a má 8 vodičů;řádková a sloupcová adresa jsou časově multiplexovány. Adresovatelný prostorje proto 64 kB, z otho na čipu může být až 32 kB. Datová sběrnice má plnoušířku 16 vodičů, přenos dat mezi CPU, pamětí a periferiemi je proto rychlejšínež v předchozím případě. Aritmeticko-logická jednotka má zabudovanouhardwarovou násobičku (16x16 bitů za 1,75 µs při taktovací frekvenci 16MHz) a děličku (32/16 bitů za 3 µs při taktovací frekvenci 16 MHz).Mikrořadič obsahuje systém pro zrychlení obsluhy přerušení, označený naobrázku jako PTS, a jednotku pro zpracování událostí, označenou jako EPA.Tato jednotka “předzpracovává” číslicové signály z periferních čidel z hlediskasplnění potřebných podmínek (například komparace, časová následnost, apod.)a šetří tak procesoru čas, o který je pak odezva na konkrétní stav vnějších čidelrychlejší. Kromě toho obsahuje mikrořadič na čipu ještě převodník A/D sprogramovatelným rozlišením 10 nebo 12 bitů (nižší rozlišení znamená kratšídobu převodu), který je vybaven 8-14 kanálovým multiplexerem rovněž načipu. Mikrokontrolér je tak schopen reagovat i na analogové signály z vnějšíchčidel bez dodatečných součástek. Číslicových logických vstupů můžemikrokontrolér využít až 53 a obsahuje rovněž dva programovatelnéčitače/časovače a hlídací časovač (watchdog). Sběrnice mikrořadiče jsouvyvedeny pro připojení vnější paměti nebo dalších vstupně-výstupních obvodů.Z uvedených příkladů je zřejmé, že jednočipový mikropočítač je a zůstaneširoce používanou elektronickou součástkou v jednoúčelových aplikacích, kdeje rozsah řídicích funkcí předem znám. Velký výběr mikrořadičů nabízenýchrůznými výrobci umožňuje nalézt typ, jaký je pro danou aplikaci nejvhodnější.80